به کارگیری روش گام جزیی در شبیه سازی سطح آزاد

جریان سه بعدی سیال با سطح آزاد, در بسیاری از مسایل عملی کاربرد داشته و از این رو, همواره موضوع کارهای تحقیقاتی در زمینه دینامیک سیالات محاسباتی بوده است. مدلسازی عددی چنین جریانی در شرایطی که تغییر شکل سطح آزاد بزرگ و پیچیده بوده و اختلاف خواص دو سیال نیز زیاد باشد, نیازمند دقت کافی در رویه های عددی حل است.این مقاله بر اساس رویکرد حجمی مدلسازی سطح آزاد به حل معادله انتقال نسبت حجمی دو سیال می پردازد. در گسسته سازی این معادله از یک طرح ترکیبی بالا مرتبه استفاده شده است, تا منطقه انتقال دو فاز سیال )برای مثال آب و هوا( در عرض یک سلول محاسباتی قرار گرفته و به علاوه, شکل سطح آزاد نیز حفظ شود. روش گام جزیی به منظور کوپل کردن میدان سرعت و فشار و به بیان دیگر, حل معادلات ناویر - استوکس و پیوستگی انتخاب شده است. این روش به خلاف روشهای مشابه, با یک بار حل کردن معادلات در هر گام زمانی, مقادیر دقیق میدان سرعت و فشار را تعیین می کند. البته ایجاد چنین رویه عددیی, به ملاحظات خاصی در برخی محاسبات و انتخاب طرحهای گسسته سازی نیاز دارد که در این مقاله به آنها اشاره شده است. در انتها با مدلسازی ناپایداری رایلی – تیلور و شکست ستون سیال درون یک مخزن در حالت و سه بعدی, نتایج عددی و کارهای تجربی و عددی مشابه مقایسه شده و بدین ترتیب صحت و دقت نرم افزار تهیه شده بر اساس الگوریتم عددی مورد بحث, تعیین شده است.